专利名称：激光加工方法及加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及向加工对象物体照射激光束进行加工的激光加工方法及激光加工装置。
背景技术：
图9是表示形成槽的现有的激光加工装置的概略图。
从激光光源51以例如频率1kHz射出脉冲激光束。用均化器52将激光束的光束截面的脉冲能量密度均匀(头部平均トツプフラツト)后，再用例如具有圆形贯通孔的遮光框53将光束截面形状整形为圆形。经反射镜54反射后，经过聚光透镜55入射到基板56。基板56是例如在玻璃基体材料上形成有ITO膜的基板。激光束入射到基板56的ITO膜。ITO膜表面上的激光束的光点例如是直径0.2mm的圆形。基板56被设置在XY工作台57上。XY工作台57通过使基板56在二维平面内移动，可在基板56上的表面内移动脉冲激光束的入射位置。
首先，移动XY工作台，使脉冲激光束以50％的重复率照射到基板56上，在基板56的ITO膜上形成槽。这里的重复率是指，脉冲激光束每照射1次时向圆的半径方向移动的距离与圆直径的比例。
图10A是表示利用以50％的重复率照射的激光束连续开孔而在ITO膜上形成了槽的基板56的概略俯视图。用粗线表示槽的开口。连续地打穿出依赖于入射到ITO膜上的激光束光点的形状的孔，结果形成了槽。因此，延槽长度方向的开口边缘，通过圆形光点外周的一部分而具有凹凸。此外，当照射的激光束频率为1kHz、基板56的ITO膜上的激光束光点为直径0.2mm的圆形的情况下，加速度为100mm/s。主要是，律速为XY工作台的动作速度，如果考虑加工形状的均匀性，不能将加工速度提高到该速度以上。
为了将形成于ITO膜上的槽的开口边缘做成接近直线状，采用加大重复率的方法。例如，移动XY工作台，以便在基板56的ITO膜上以90％的重复率照射脉冲激光，形成槽。
图10B是表示利用以90％的重复率照射的激光束连续开孔而在ITO膜上形成了槽的基板56的概略俯视图。与图10A相同，用粗线表示槽的开口。沿槽的长度方向的开口边缘接近直线形状。但是，由于以90％的重复率照射激光束，因此加工速度是重复率为50％时的五分之一，即20mm/s。虽然改善了开口形状，但加工的时间效率降低。
图11是沿10A的PQ线剖开的基板56的概略截面图。在玻璃基板上形成着的ITO膜上，形成有槽。槽的侧面相对于基板56的表面倾斜。槽最好是具有更笔直的侧面形状。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种时间效率高、且可进行优质加工的激光加工方法及激光加工装置。
根据本发明的一个观点，可提供一种激光加工方法，包括以下工序用具有贯通孔的遮光框整形激光束的截面，并利用透镜使通过该贯通孔的激光束聚光后入射到该加工对象物的表面上，以使该遮光框的贯通孔成像在加工对象物的表面上；扫描通过上述透镜的激光束，使激光束的入射位置在上述加工对象物的表面上移动，并且，在激光束的扫描中也将上述贯通孔成像在上述加工对象物的表面上，加工该加工对象物。
通过在加工对象物表面扫描激光束，使遮光框的贯通孔始终成像，能够以高效率地进行品质良好的加工。可防止激光束的扫描引起的对焦模糊所造成的加工质量的下降。
此外，根据本发明的另一观点，提供如下一种激光加工方法，包括如下工序将由透镜聚光的激光束入射到加工对象物表面上的工序；扫描该激光束使激光束的入射位置在上述加工对象物表面上移动，由此加工该加工对象物，而且，在扫描该激光束时使从上述透镜到上述加工对象物表面的该激光束的光路长度不变化。
一边将从透镜到加工对象物表面的加工位置的光路长度保持为恒定、一边扫描激光束，例如始终在加工对象物表面上对焦点，能够以高效率地进行高品质的激光加工。
再者，根据本发明的另一观点，提供如下一种激光加工装置，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持台；遮光框，具有对从上述激光源射出的激光束的截面进行整形的贯通孔；聚光透镜，将由上述遮光框整形了截面的激光束聚光，以使该遮光框的贯通孔成像在被上述保持台保持的加工对象物的表面上；光束扫描器，接受来自外部的控制，使由上述聚光透镜聚光的激光束在上述加工对象物的表面上至少在一维方向上扫描；移动机构，接受来自外部的控制，移动上述遮光框和上述聚光透镜；以及控制装置，使通过上述光束扫描器进行的扫描和通过上述移动机构进行的上述遮光框及上述聚光透镜的移动同步。
若利用该激光加工装置，通过与光束的扫描同步地移位遮光框和聚光透镜，可高效率地进行高品质的激光加工。
根据本发明的其他观点，提供如下一种激光加工方法，包括以下工序工序(e)，激光束由透镜聚光后入射到加工对象物的表面上；工序(f)，当激光束对上述加工对象物的入射位置移动时，一边移动上述透镜、一边在上述加工对象物的表面内移动激光束的入射位置，来抑制上述加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的、由入射位置的移动引起的变动。
移动透镜使照射在被加工面上的激光束的脉冲能量密度或功率密度均匀化，可对被加工面的较宽区域保持固定的加工性能。
根据本发明的另外观点，提供如下一种激光加工方法，包括以下工序激光束由透镜聚光后入射到加工对象物表面上；激光束对上述加工对象物的入射位置移动时，一边移动上述透镜、一边在上述加工对象物表面内移动激光束的入射位置，以抑制入射位置的移动引起的上述加工对象物表面上的光点的面积变动。
移动透镜使照射在被加工面上的激光束的光点面积均匀化，可实现基板上的脉冲能量密度或功率密度的均匀化，可对被加工面的较宽区域保持固定的加工性能。
根据本发明的另外观点，提供一种激光加工装置，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；透镜，将从上述激光源输出的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；移动机构，接受来自外部的控制信号，移动上述透镜；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述移动机构来移动上述透镜的位置，以便抑制加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的变化。
移动透镜使照射在被加工面上的激光束的脉冲能量密度或功率密度均匀化，可对被加工面的较宽区域保持固定的加工性能。
根据本发明的其他观点，提供一种激光加工装置，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；透镜，将从上述激光源输出的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；移动机构，接受来自外部的控制信号，移动上述透镜；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述移动机构来移动上述透镜的位置，以便抑制加工对象物表面的光点面积的变动。
移动透镜使照射在被加工面上的激光束的光点面积均匀化，可实现基板上的脉冲能量密度或功率密度的均匀化，可对被加工面的较宽区域保持固定的加工性能。
根据本发明的另外观点，提供一种激光加工方法，包括以下工序工序(g)，激光束由透镜聚光后入射到加工对象物的表面上；工序(h)，当激光束对上述加工对象物的入射位置移动时，一边用可变衰减器调节激光束的功率、一边在上述加工对象物的表面内移动激光束的入射位置，以抑制上述加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的、因入射位置的移动引起的变动。
利用可变衰减器来均匀化照射被加工面的激光束的脉冲能量密度或功率密度，可对被加工面的较宽区域保持固定的加工性能。
根据本发明的另外观点，提供一种激光加工装置，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；透镜，将从上述激光源输出的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；可变衰减器，接受来自外部的控制信号，以可变的衰减率来衰减激光束的功率；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述可变衰减器来调节激光束的功率，以便抑制加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的变化。
利用可变衰减器来均匀化照射被加工面的激光束的脉冲能量密度或功率密度，可对被加工面的较宽区域保持固定的加工性能。
根据本发明的另外观点，提供一种激光加工装置，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；第一透镜，会聚或发散从上述激光源输出的激光束；第二透镜，入射通过了上述第一透镜的激光束，并将入射的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述第二透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；移动机构，接受来自外部的控制信号，移动上述第一透镜；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述移动机构来移动上述第一透镜的位置，以便抑制加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的变化；对于入射第二透镜的激光束的该第二透镜的数值孔径设为NA1、对于通过了上述第二透镜的激光束的该第二透镜的数值孔径设为NA2时，NA1/Na2大于等于2。
移动第一透镜使照射在被加工面上的激光束的脉冲能量密度或功率密度均匀化，可对被加工面的较宽区域保持固定的加工性能。再者，通过缩短第一透镜的移动距离，可实现加工的高速化、高精度化。
根据本发明的其他观点，提供一种激光加工装置，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；光束截面整形器，具有贯通孔，向该贯通孔入射从上述激光源射出的激光束，接受来自外部的控制信号，可改变通过了贯通孔的激光束截面的一个方向的长度；透镜，将从上述光束截面整形器射出的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述光束截面整形器，使上述光束截面整形器抑制加工对象物表面的激光束的形状变动。
当被加工位置移动时，抑制光点形状的变动，因此可对被加工面的较宽区域保持固定的加工性能。
根据本发明的其他观点，提供一种激光加工装置，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；透镜，将从上述激光源射出的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；接近遮光框，被配置在从上述光束扫描器射出的激光束入射到加工对象物之前的光路中，具有贯通孔，使通过了该贯通孔的激光束入射到加工对象物。
利用改变激光束的行进方向的光束扫描器，进行利用接近遮光框的激光加工，由此可高速地进行高精度的加工。
根据本发明的其他观点，提供一种激光加工方法，包括以下工序调整从激光源射出的激光束扩散角的工序；一边改变被调整成具有规定扩散角的激光束的行进方向，一边将该激光束照射到配置在与加工对象物的表面平行地从该表面仅离开规定距离的位置、且具有贯通孔的接近遮光框上，使通过了该贯通孔的激光束入射该加工对象物的表面，将该贯通孔的形状转印到该加工对象物表面上的工序；根据同该贯通孔的形状转印到该加工对象物表面上的精度、激光束的扩散角、上述接近遮光框与上述加工对象物表面之间的距离有关地求出的关系，来设定上述规定扩散角和上述规定距离中的至少一个的工序。
利用改变激光束的行进方向的光束扫描器，进行利用接近遮光框的激光加工，由此可高速地进行高精度的加工。再者，根据事先求出的、转印精度和激光束扩散角、以及接近间隔必须满足的数值关系，要以期望的转印精度进行加工时，可简便地选定接近间隔和扩散角。
根据本发明的其他观点，提供一种激光加工装置，包括射出连续波激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；光学系统，入射从上述激光源射出的激光束，根据从外部提供的契机信号，可切换将入射的激光束向第一方向射出的状态和不向第一方向射出的状态；遮光框，具有矩形的贯通孔，从上述光学系统向上述第一方向射出的激光束射入该贯通孔，并整形激光束的截面；透镜，将从上述遮光框射出的激光束聚光，使上述遮光框的矩形贯通孔成像在被上述保持机构保持的加工对象物的表面上；移动机构，根据从外部提供的控制信号来移动上述保持机构，可在加工对象物的表面内移动从上述透镜射出的激光束入射到加工对象物的位置；旋转机构，根据从外部提供的控制信号，使上述遮光框绕与通过了该遮光框的贯通孔的激光束的光轴相平行的轴旋转；控制机构，向上述光学系统送出上述契机信号，并控制上述移动机构，使上述移动机构向第二方向移动激光束对加工对象物的入射位置，在上述移动机构向该第二方向移动加工对象物表面上的激光束的入射位置之前，控制上述遮光框旋转机构，上述遮光框旋转机构旋转上述遮光框，使上述矩形贯通孔的加工对象物表面的像的某一边与第二方向平行。
在对象加工物的表面照射连续波激光束可形成线状的的图形(线)，从连续波激光束中分出脉冲激光束进行照射，可容易地形成点状的离散图形(点)。在加工对象物表面，通过与激光束的矩形光点的某一边平行地移动激光束的照射位置，可形成线、点的同时，将外形形成为矩形。
根据本发明的另外观点，提供一种激光加工方法，包括以下工序工序(i)，向光学系统入射从激光源射出的连续波激光束的工序，该光学系统可切换将入射的激光束向第一方向射出的状态和不向第一方向射出的状态；工序(j)，将从上述光学系统向上述第一方向射出的激光束入射到具有矩形贯通孔的遮光框中，进行截面整形，由透镜聚光后，将上述贯通孔的像成像在加工对象物的表面上；以及工序(k)，在上述加工对象物的表面上，使上述贯通孔的像在与该像的某一边平行的方向移动；在加工对象物表面形成点状的离散图形时，在上述工序(i)中，从上述光学系统向上述第一方向间歇地射出激光束；在加工对象物表面形成线状的图形时，在上述工序(i)中，从上述光学系统向上述第一方向连续地射出激光束。
在对象加工物的表面照射连续波激光束可形成线状的的图形(线)，从连续波激光束中分出脉冲激光束进行照射，可容易地形成点状的离散图形(点)。在加工对象物表面，通过与激光束的矩形光点的某一边平行地移动激光束的照射位置，可形成线、点的同时，将外形形成为矩形。
根据本发明的另一观点，提供一种激光加工装置，包括保持加工对象物的保持机构；射出脉冲激光束的第一激光源；射出连续波激光束的第二激光源；光学系统，在被上述保持机构保持的加工对象物的表面，照射从上述第一激光源射出的脉冲激光束和从上述第二激光源连续波激光束，以便在连续波激光束的光点的内部包含脉冲激光束的光点；以及移动机构，在被上述保持机构保持的加工对象物表面上，移动脉冲激光束及连续波激光束的光点。
在加工对象物表面上的某被加工区域，首先照射连续波激光束赋予预热，然后照射脉冲激光束进行加工。可容易地选择该被加工区域的表层进行加工。根据本发明的另外观点，提供一种激光加工方法，包括以下工序工序(n)，从第一激光源射出脉冲激光束，从第二激光源射出连续波激光束；工序(o)，向在具有衬底层和表层的加工对象物的表面上划定的被加工点，照射从上述第二激光源射出的连续波激光束赋予预热后，向该被加工点照射从上述第一激光源射出的脉冲激光束，在上述加工对象物的表层形成孔，其中，上述表层形成在衬底层的表面上，由比衬底层的材质更难以通过激光照射而加工。
在加工对象物表面上的某被加工区域，首先照射连续波激光束赋予预热，然后照射脉冲激光束进行加工。可容易地选择该被加工区域的表层进行加工
图1是执行本发明第一实施例的激光加工方法的激光加工装置的概略图。
图2是表示执行本发明第一实施例的激光加工方法的激光加工装置中激光束的光路的概略图。
图3A和图3B是概略表示利用激光束的照射加工的基板的俯视图。
图4A是表示遮光框的贯通孔的一例的概略图，图4B是表示图4A所示的贯通孔在基板上成像时、在基板上开出的孔的概略图。
图5A是表示在从激光光源射出的脉冲激光束的截面中的、1个脉冲的能量密度的概略曲线；图5B是通过圆锥光学系统改变了脉冲能量密度分布的脉冲激光束界面中的、1个脉冲的能量密度的概略曲线；图5C是利用具有图5B所示的脉冲能量密度分布的脉冲激光束加工出的孔的概略截面图。
图6是执行第一实施例的变形例涉及的激光加工方法的激光加工装置的概略图。
图7是表示光路调节机构的概略图。
图8A和图8B是表示传送机构的概略图。
图9是现有的激光划线装置的概略图。
图10A和图10B是用现有的激光划线装置加工的基板的概略俯视图。
图11是用现有的激光划线装置加工的基板的概略截面图。
图12A是执行第二实施例的激光加工方法的激光加工装置的概略图；图12B是执行第二实施例的变形例涉及的激光加工方法的激光加工装置的概略图。
图13是执行第二实施例的激光加工方法的激光加工装置中激光束光路的概略图。
图14是执行第二实施例的变形例涉及的激光加工方法的激光加工装置中激光束光路的概略图。
图15A是执行第三实施例的激光加工方法的激光加工装置的概略图；图15B是表示初级聚光透镜的另一结构例的概略图。
图16是表示次级聚光透镜的结构例的概略图。
图17是执行第四实施例的激光加工方法的激光加工装置的概略图。
图18A是从开口部倾斜机构的转轴方向看由开口部倾斜机构旋转的孔径时的概略图；图18B是从激光束的光轴方向看由开口部倾斜机构旋转的孔径时的概略图；图18C是从激光束的光轴方向看由开口部倾斜机构和开口部旋转机构旋转的开口部时的概略图。
图19是执行第五实施例的激光加工方法的激光加工装置的概略图。
图20是表示与利用了邻近遮光框的激光加工方法中的转印精度有关的模拟结果的、投影有贯通孔像的基板的俯视图。
图21是概略表示以某一转印精度进行加工时、激光束的扩散角和邻近遮光框所满足的关系的曲线。
图22A是执行第六实施例的激光加工方法的激光加工装置的概略图，图22B是基板的概略截面图。
图23是利用第六实施例的激光加工装置进行激光加工时的契机信号和激光束的时序图的一例。
图24A是形成了线的基板的概略俯视图；图24B是形成了点的基板的概略俯视图。
图25是表示保持了遮光框的遮光框旋转机构的概略图。
图26是利用遮光框旋转机构形成了线的基板的概略俯视图。
图27A是执行第七实施例的激光加工方法的激光加工装置的概略图；图27B是基板的概略结构图。
图28A、图28B、图28C是用于说明被加工点和光点的位置关系的基板的俯视图。
图29是不使用遮光框旋转机构就形成了线的基板的概略俯视图。
具体实施例方式
图1是执行本发明第一实施例的激光加工方法的激光加工装置的概略图。
在激光光源1中，从例如包含波长变换组件的Nd:YAG激光振荡器，以脉冲能量1mJ/脉冲、脉冲宽50ns射出Nd:YAG激光器的三倍高频波(波长355nm)。激光束经调节脉冲能量的可变衰减器2和扩大光束直径并以平行光射出的扩束器3后，入射到圆锥光学系统4。圆锥光学系统4包含一对圆锥透镜4a、4b构成。一对圆锥透镜4a、4b例如相同形状，被配置成底面相互对置。激光束从直圆锥的轴向向圆锥透镜4a入射，使光束截面中心与直圆锥部分的顶点重合，然后从圆锥透镜4b射出。圆锥光学系统4改变入射的激光束的光束分布图，使在光束截面的中央部强度较弱、在周边部较强。关于这点，在后面详述。并且，关于圆锥光学系统4，也可以用凸透镜来代替激光束射出侧的圆锥透镜4b。
从圆锥光学系统4射出的激光束通过例如具有矩形贯通孔的遮光框5、使遮光框5的矩形贯通孔在基板12上成像的物镜6。遮光框5和物镜6可分别通过音圈机构9和10(也可以替换成压电驱动机构等驱动机构)，在与激光束的行进方向平行的方向移动。利用音圈机构9和10的移动，是通过从控制器11发送的信号进行的。而且，基板12被放置在保持台8上。
由物镜6聚光的激光束入射到电流扫描仪(ガルバノスキヤナ)7。电流扫描仪7包含X用扫描仪7a和Y用扫描仪7b构成，使激光束在二维方向上高速扫描。X用扫描仪7a和Y用扫描仪7b都包含可摇动的反射镜而构成。在被保持台8保持的基板2上，划定(画定)相互正交的X方向和Y方向时，X用扫描仪7a和Y用扫描仪7b扫描激光束，使由物镜6聚光的激光束的入射点在基板12的表面上分别沿X方向、Y方向移动。电流扫描仪7组合X用扫描仪7a和Y用扫描仪7b，可以使激光束沿二维方向扫描。
作为加工对象物体的基板12是例如在玻璃基体材料上形成有ITO膜的基板，激光束以大约1J/cm2的加工能量入射基板12的ITO膜。
图2是表示经遮光框5、物镜6、电流扫描仪7后在基板12上扫描的激光束光路的概略图。
激光束入射到基板12上的入射位置M时，遮光框5的贯通孔成像在M上。此外，如果将从遮光框5到物镜6的光路长度设为a、从物镜6到基板12上的入射位置的光路长度设为b、物镜的焦距设为f，则为了使遮光框的贯通孔成像在基板12上，必须满足如下关系式。
(1/a)+(1/b)＝1/f(1)通过电流扫描仪7的动作，激光束的入射位置从基板12上的入射位置M变化到N。对入射位置M的入射角和对入射位置N的入射角不同，如果遮光框5和物镜6被固定不动的状态，则从物镜6到入射位置M的光路长度和从物镜6到入射位置N的光路长度不同(设他们之差为Δb)，因此，遮光孔5的贯通孔不成像在N处。
在图1所示的激光加工装置中，控制器11分别向音圈机构9、10发送与电流扫描仪7的动作同步地移动遮光框5和物镜6的信号。该信号是例如是如下地移动遮光框5和物镜6的信号使从遮光框5到物镜6的光路长度a、和从物镜6到基板12上的入射位置的光路长度b都保持不变。音圈9、10接受来自控制器11的信号，在与激光束的行进方向平行的方向上分别移动遮光框5和物镜6。
如图2所示，入射位置从M变化到N时，遮光框5和物镜6通过音圈机构9和10移动的距离是Δb。遮光框5和物镜6向相同的方向移位相同的距离Δb。这样，可满足上述式(1)，将遮光框5的贯通孔成像在入射位置N上。
不仅在入射位置M和N这2个点，如果在激光束的扫描中始终使例如从遮光框5到物镜6的光路长度a、和从物镜6到基板12上的入射位置的光路长度b保持不变，则遮光框5的贯通孔始终成像在基板12的表面上。遮光框5和物镜6与由电流扫描仪7驱动的激光束的扫描相同步地移动，并且使光路长度a和光路长度b始终不变。此时，遮光框5的贯通孔的成像倍率(缩小率)始终不变。
例如，在将物镜6的焦距f保持为833mm的恒定值、从遮光框5到物镜6的光路长度a保持为5000mm的恒定值、从物镜6到基板12上的入射位置的光路长度b保持为1000mm的恒定值的情况下，遮光框5的贯通孔的成像倍率(缩小率)为1/5。
图3A是照射一次脉冲激光束在成像位置形成了孔、以便在表面上将遮光框5的矩形贯通孔成像的基板12的概略俯视图。在基板12上形成了成像有贯通孔的矩形光点，在该位置的ITO膜上开孔。
图3B是一边以一定的成像倍率(缩小率)将遮光框5的矩形贯通孔成像、一边移动光束的入射位置来照射4次脉冲激光束来在照射位置形成了槽的基板12的俯视图。利用电流扫描仪7成像为矩形的光点的长边方向扫描脉冲光束。此外，以50％的重复率照射光束，连续地用各次照射形成开孔，从而形成槽。
通过形成一定大小的矩形光点、并在与一对平行边相平行的方向上扫描激光束，可以形成一定宽度的槽。如本实施例所示，在利用脉冲激光束的情况下，进行使光点的一对平行边(图3B中的长边)的一部分与上次照射的光点的一对平行边的一部分重合的扫描。槽的开口边缘由矩形光点的直线部形成，因此成为没有凹凸的直线状。
从易控制性等方面考虑，最好是在基板12形成的光点的一对平行边的方向与X方向或Y方向平行。
而且，在基板12上成像的遮光框5的贯通孔也可以不是矩形。只要以具有一对平行边的形状形成光点、并在与该一对平行边平行的方向上扫描激光束，就可以形成在开口的边缘没有凹凸的一定宽度的槽。
图4A是表示遮光框5的贯通孔一个例子的图。遮光框5的贯通孔形成具有一对平行边的形状。将这一对边连接起来的另一对边朝内侧弯曲。利用具有如此贯通孔的遮光框来整形激光束的截面，就可以在基板12上形成具有一对平行边的形状的光点。
图4B是表示当图4A所示的贯通孔在基板12上成像时、在基板12上开出的孔的概略图。通过在与一对平行边平行的方向上连续地形成与该孔祥同形状的孔，就可以加工在开口的边缘不具有凹凸的一定宽度的槽。再者，入射到槽的边缘附近的激光束的累积能量密度比如射到槽中央的激光束的累积能量密度，因此，可以使槽的侧面更接近垂直。
而且，如图3B所示，仅激光加工在一个方向延伸的槽的情况下，也可以使用具有1摆动反射镜的一维电流扫描仪或多面扫描仪。此时，使扫描仪的扫描方向和光点的一对平行边的方向一致即可。
参照图5A～5C说明圆锥光学系统4。如前所述，圆锥光学系统4将入射的激光束的光束分布图变换成在光束截面的中央部较弱、在周边部较强。
图5A是表示从激光源1射出的脉冲激光束的截面中的、1个脉冲的能量密度的概略曲线图。脉冲激光束一般是，在截面的中央部分脉冲能量密度高、向接近周边脉冲能量密度变低。圆锥光学系统4通过2个圆锥透镜4a、4b将入射的激光束的中央部和周边部反转后射出。因此，从圆锥光学系统4射出的激光束的光束分布图，具有在光束截面的中央部较弱、在周边部较强的分布。
图5B是概略表示从圆锥光学系统4射出并由遮光框5整形后的脉冲激光束的截面中的、1个脉冲的能量密度的曲线图。光束具有脉冲能量密度在中央部弱、在周边部强的分布。
图5C是沿图3B的C5-C5线切断的基板12的概略剖面图。具有图5B所示的光束分布图的激光束被物镜6聚光后入射到基板12，可在基板12的ITO膜上使侧面的倾斜角接近90°。因此，图3B所示的槽，不仅开口的边缘形成直线状，还具有切起的侧壁。
而且，与电流扫描仪7的动作同步地调节脉冲激光束的脉冲能量，可进行更优质的加工。如果入射到基板12的激光束的入射角变大，入射位置的光点面积变大。因此，当把由电流扫描仪7扫描的激光束的脉冲能量固定为恒定值的情况下，随着入射角的增大，入射位置的激光束的脉冲能量密度变小，加工性能发生变化。为了保持固定的加工性能，有时也需要将入射位置的激光束的脉冲能量密度保持为恒定值。
可变衰减器2与电流扫描仪7的动作同步地改变从激光源1射出的及光束的脉冲能量。在根据从控制器11发送来的同步信号、激光束以较大入射角入射到基板12时，减小脉冲能量的衰减率，增加从可变衰减器2射出的光束的脉冲能量。如此，在光束的扫描过程中也可以将激光束入射位置处的脉冲能量密度保持为恒定。
此外，即使不保持为恒定，在激光束对基板12的入射角变化时，只要改变由可变衰减器2决定的脉冲能量的衰减率，就可以提高加工质量。
此外，向基板12上入射激光束并扫描时，能够与电流扫描仪7的动作同步地改变遮光框5的贯通孔的成像倍率(缩小率)，同时将激光束入射位置的脉冲能量密度保持为恒定。
Δ2＝f2×Δ1/(b-f-Δ1)/(b-f)(2)[(a+Δ2)/(b-Δ2)]2+(a/b)2/cosθ (3)根据激光束对极板12的入射角θ(基板12的法线与入射角所成的角)确定满足以上2个式子的Δ1、Δ2，并且与入射角θ相对应地移动遮光框5和物镜6，使从遮光框5到物镜6的光路长度成为a+Δ2、从物镜6到基板12上的入射位置的光路长度成为b-Δ1。这里，a、b分别是θ为0时从遮光框5到物镜6的光路长度和从物镜6到基板12上的入射位置的光路长度。此外，f是物镜6的焦距。而且，即使不严格地满足式(2)和式(3)，也可以在入射角变化时改变成像倍率以使光点面积的变动较小，由此，可改善激光加工质量。如果入射角变大，只要减小成像倍率(缩小率)即可。
图6是具有改变从物镜6到基板12上入射位置的光路长度b的光路调整机构20的、第1实施例的变形例涉及的激光装置的概略图。从图1所示的激光装置中去除了音圈机构9和10，追加了光路调整机构20。其它结构与图1所示的激光加工装置的结构相同。在图6所示的激光加工装置中，从遮光框5到物镜6的光路长度a是恒定的。通过光路调整机构20，例如与电流扫描仪7的动作同步地、在激光束的扫描过程中可以始终将从物镜6到基板12上入射位置的光路b保持为恒定。通过这样，可以使遮光框5的贯通孔始终以恒定的成像倍率(缩小率)成像在基板12上，可以加工出图3B所示的槽。
图7是光路调整机构20的概略图。光路调整机构20例如包含21a～21d的四片反射镜而构成。四片反射镜分别将入射激光束的行进方向例如改变90°，光路调整机构20向与入射的激光束行进方向平行的方向射出激光束。2片反射镜21a和21b形成移动部22。移动部22可向图中箭头方向移动。从物镜6至基板12的光路长度b可通过使移动部22移位来调节。如果激光束对基板12的入射角变大，移动部22在图7中向上移动，通过缩短光路调整机构20内的激光束的光路长度，可将光路长度b保持为恒定。移动部2的移动是接受来自控制部22的信号而进行。控制器11通过使电流扫描仪7的动作和移动部22的移动同步，将图6所示的物镜6到基板12的光路长度b保持为恒定。
在图6所示的激光加工装置中，为了调整光路长度b追加了光路调整机构20，但是，为了进一步调整光路a，也可以插入到遮光框5和物镜6之间。通过利用2个光路调整机构20，在激光束的扫描过程中也可以调整光路长度a和光路长度b，例如使其满足关系式(1)。
此外，根据进行的加工不同，可以仅移动遮光框5和物镜6中的任一个来调整光路长度a或光路长度b。例如，也可以固定物镜6，仅使遮光框5进行满足关系式(1)的移动。
作为加工对象，考虑了在玻璃基体材料上形成有ITO膜的基板，但也可以利用在硅基板上形成有聚酰亚胺膜的基板，加工聚酰亚胺膜。这些被用作太阳能电池基板或液晶基板。此外，也可以加工在聚酰亚胺膜上形成了ITO膜的触摸面板、乃至半导体膜等。而且，也可以加工薄膜状的加工对象物。
图8A是传送薄膜30的传送机构31的概略图。利用传送机构31传送薄膜30。真空吸盘32固定被传送来的薄膜30上的规定的加工位置，划定加工面。通过电流扫描仪7扫描的激光束入射到由真空吸盘32固定的薄膜32上，进行规定加工位置的加工。当规定位置的加工结束时，传送机构31传送薄膜30，用真空吸盘32固定另外的加工位置，进行加工。
以前，用XY工作台移动由真空吸盘32固定的薄膜30，并使用固定光学系统照射光束，由此进行加工。在本实施例中，是用电流扫描仪7扫描光束、在加工位置入射光束而进行加工，因此可提高加工速度。
图8B是具有旋转式编码器33的传送机构31的概略图。旋转式编码器33检测由传送机构31传送来的薄膜30的速度。检测结果送给控制器11，控制器11根据薄膜30的传送速度求出薄膜30的传送量。薄膜30的传送速度、传送量及利用在薄膜30上划定的规定加工位置数据生成的控制信号，从控制器11发送给电流扫描仪7。电流扫描仪7接受控制信号扫描激光束，向薄膜30上的规定的加工位置照射光束，进行加工。
不必一定需要XY工作台，此外，可以一边传送薄膜30一边加工，所以能够提高加工速度。
通过使用从图1所示的激光装置中去除了圆锥光学系统4、遮光框5及音圈机构9的激光加工装置，还可以进行聚焦加工。激光束通过物镜6以聚焦的方式聚光在基板12上。利用电流扫描仪7的动作，激光束在基板12上扫描，当基板12上的光束入射位置变化时，物镜6通过音圈机构10使物镜在与通过的光束行进方向平行的方向上移动，以便将从物镜6到基板12的激光束的光路长度b保持为恒定。通过此移动，激光束在基板12上始终聚焦。因此，可实现优良的加工。
在本实施例中，虽然使用了脉冲激光，但根据加工不同，也可以使用连续波的激光束。此外，作为激光源，使用包含波长变换组件的Nd:YAG激光振荡器，射出了Nd:YAG激光器的三倍高频波，但可使用固体激光器的基波～五倍高频波。而且，还可以使用CO2激光器等。
另外，本实施例中，作为高速扫描光学系统使用了扫描仪，但也可以使用利用了多面镜的高速扫描光学系统。由于不通过用XY工作台移动加工对象物来改变激光束的入射位置，而是用高速扫描光学系统扫描光束来改变激光束的入射位置，因此可提高加工速度。
并且，在上述的焦点加工方法中，激光束始终在基板表面上聚焦。接着，说明根据激光束对基板表面的入射位置调节激光束的焦点和基板表面之间位置关系、进行优良加工的方法。
图12A所示的第二实施例的激光加工装置，是从图1所示的激光加工装置中去除了圆锥光学系统4、遮光框5及音圈机构9，还去除了可变衰减器2，并在扩束器3和物镜6之间配置了具有圆形贯通孔且调节光束直径的开口部5a。开口部5a的贯通孔不一定要成像在基板12的表面上。
利用音圈机构10，与通过物镜6的激光束行进方向相平行地移动物镜6，使激光束的焦点接近或远离基板12的表面，这样，能够调节照射在基板表面上的激光束的脉冲能量密度。
根据从控制器11发送来的控制信号，电流扫描仪7在期望的时刻将激光束照向期望的行进方向。通过利用从控制器11发送来的控制信号使音圈机构10与电流扫描仪7同步动作，可根据激光束的入射位置、以期望的脉冲能量密度向基板12照射激光。
参照图13说明利用了图12A的激光加工装置的激光加工方法的一个例子。在图13的上侧概略示出经物镜6、电流扫描仪7后在基板12上扫描的脉冲激光的光路。
激光束L1b垂直于基板表面且以入射位置M1入射。激光束L1a、L1c分别在入射位置N1a、N1c以入射角α1入射。入射位置M1位于以入射位置N1a、N1c为两端的线段的中点。
图13的下侧示出从电流扫描仪7一侧向下看去的基板表面。光点91a、91b、91c分别表示激光束L1a、L1b、L1c在基板表面上的(即入射位置N1a、M1、N1c处)的光点。
从激光束L1a的光路向激光束L1c的光路方向改变激光束的行进方向，一边重复脉冲激光束的照射，与图10A、10B所示结构相同地在各激光照射位置形成连续的孔，从而在基板表面上形成槽101。
首先，当照射形成槽101起始点的激光束L1a时，设定物镜6的位置，使激光束L1a在入射位置N1a聚焦。并且，将光点的尺寸最小的点称为激光束的焦点。
然后，当照射形成槽101的终点的激光束L1c时，设定物镜6的位置，使激光束L1c在入射位置N1c聚焦。从物镜6到入射位置N1a、N1c的光路长度大致相等，因此，可以认为物镜6的位置在槽加工开始时和结束时相同。而且，可以认为激光束L1a和L1c的入射角相等、光点91a和91c的面积相等。
在此，首先说明在物镜6依旧被固定在该位置的情况下扫描激光束来形成槽会产生什么样的问题。
在把物镜6固定在使激光束L1a在入射位置N1a聚焦(或者使激光束L1c在入射位置N1c聚焦)的位置时，通过电流扫描仪7改变了行进方向的激光束的焦点轨迹所描绘的假想面是聚光面81a。聚光面81a上的点R表示激光束L1b的焦点位置。
在入射位置N1a、N1c以外的槽101上的入射位置，激光束在向焦点会聚的途中入射基板。从入射位置到焦点的距离越长，则入射位置处的光束直径比焦点处的光束直径越大。入射位置和焦点的距离，对于向槽中央照射的激光束L1b是最大的。
激光束的脉冲能量密度，通常是在光束截面的中心比外周附近高。光束直径变大时，光束截面内的各位置的脉冲能量密度降低。因此，即使光束直径变大，可加工基板的阈值以上的脉冲能量密度区域也仅限于光束截面的中心附近。
在作为槽101端部的入射位置N1a、N1c附近，光束直径虽然小，但是，在光束截面的外周附近脉冲能量密度成为加工阈值以上的激光束，以高的脉冲能量密度照射，形成宽度较大的槽。另一方面，在槽中央、即入射位置M1附近，光束直径较大，但是，仅在光束截面中心的狭窄区域脉冲能量密度成为加工阈值以上的激光束，以低的脉冲能量密度照射，形成宽度较细的槽。这样，槽的宽度随场所而改变。
并且，入射角α1越大，从激光束L1b的入射位置M1到聚光面81a上的点R的距离越大。因此，入射角α1越大，照射到入射位置N1a、N1c的激光束直径与照射到入射位置M1的激光束直径之差越大。即，槽的端部和中央之间的宽度差明显。入射角α1是形成槽端部的激光束入射角，因此，例如要在大型基板上形成长槽时等情况下，入射角α1变大。
接着，说明一边移动物镜6的位置调节焦点位置、一边扫描激光束来形成槽的方法。当调节激光束的焦点位置时，照射到基板上的激光束的光束直径被调节，基板表面上的脉冲能量密度被调节。
考虑一下将入射到入射位置的激光束L1b的焦点对在什么位置为好。通过将焦点设定在比聚光面81a上的点R更靠近入射位置M1的位置，可减小光束直径，能够修正成增加入射位置M1的脉冲能量密度。其中，如果焦点接近至入射位置M1，入射位置M1处的脉冲能量密度比入射位置N1a、N1c处的脉冲能量密度大。
由于激光束L1b垂直于基板表面入射，在入射位置M1聚焦时的激光束是圆形。另一方面，激光束L1a、L1c以入射角α1倾斜于基板表面入射，因此，光点91a、91c扩散成椭圆形状。即，设激光束L1b在入射位置M1聚焦时的光点91b的脉冲能量密度比光点91a、91c处的脉冲能量密度高。
因此，将激光束L1b的焦点对在比入射位置M1稍深(从入射位置M1朝基板的内部远离)的位置，使光点91b的面积与入射位置N1a的光点91a、91c的面积相等。若如此，能够以与入射位置N1a或N1c及M1相等的脉冲能量密度照射激光，进行加工。
在槽101上的其它入射位置也保持光点面积为恒定，调整脉冲能量密度进行加工即可。在槽101上以不改变光点面积的条件扫描时的焦点轨迹为聚光面81b。激光束L1b的焦点位置是聚光面81b上的点Q。
说明使焦点沿着聚光面81b上移动时如何调节物镜6的位置。首先，当照射激光束L1a时，物镜6被设定在使焦点聚在入射位置N1a上的位置。该位置被称为基准位置。
从入射位置N1a朝M1扫描激光束时，从基准位置慢慢向激光源一方移动物镜6，从而使焦点沿着比聚光面81a更靠近基板表面的聚光面81b移动，光点的面积变大，可抑制脉冲能量密度的降低。从物镜基准位置算起的移动距离，对于入射到入射位置N1a的激光束L1a来说是零，随着激光朝向入射位置M1而增大，对于入射到入射位置M1的激光束L1b来说是最大的。
接着，从入射位置M1向N1c扫描激光束时，使物镜6慢慢接近基准位置即可。从基准位置算起的物镜的移动距离，随着激光朝向入射位置N1c而减小，对于入射到入射位置N1c的激光束来说是零。
如此，通过一边调整物镜6的位置使照射各入射位置的激光束的焦点沿着聚光面81b上移动、一边扫描激光，可抑制由场所引起的宽度变化来形成槽101。
总结一下移动物镜的方法。在如果不移动物镜位置而继续扫描、则基板表面的脉冲能量密度降低的情况下，移动物镜使激光束的焦点接近入射位置，从而抑制脉冲能量密度的降低。在如果不移动物镜位置而继续扫描、则基板表面的脉冲能量密度上升的情况下，相反，移动物镜使激光束的焦点位置远离入射位置，从而抑制脉冲能量密度的上升即可。
作为一个加工例子，说明了在槽两端的入射位置将焦点对在基板表面上的方法，但是，也可以在别的入射位置对焦点。只要将各入射位置的光点保持为大致恒定面积，就可以调整脉冲能量密度进行加工，因此，对于任何入射位置都可以保证固定的加工性能。
在各入射位置也可以不严格保持照射激光束的脉冲能量密度，只要在入射位置变化时抑制入射位置的脉冲能量密度的变动，就可以良好地进行加工。
以槽加工(划线加工)为例进行了说明，但也可以进行开孔加工等。虽然说明了在一维方向上扫描电流扫描仪的例子，但也可以在二维方向上扫描，在整个基板表面上进行加工。虽然以利用脉冲激光束的加工为例进行了说明，但激光束也可以是连续波。用连续波激光束加工的情况下，可抑制被加工面上的功率密度随入射位置的变化。
也可以用可变衰减器来调节照射在基板上的激光束的脉冲能量密度，来代替移动物镜6进行的调节。
如图12B所示的第2实施例的变形例涉及的激光加工装置是，在图12A所示的激光加工装置中追加有可变衰减器2。可变衰减器2根据从控制器11发送来的控制信号，与电流扫描仪7的动作同步地、以期望的衰减率来衰减照射在基板12上的脉冲激光束的功率。
参照图14说明利用了可变衰减器的激光加工方法的一个例子。图14概略表示图12B所示激光加工装置中经物镜6和电流扫描仪7后在基板12上扫描的脉冲激光束的光路。
激光束L2b垂直于基板表面入射到入射位置M2。激光束L2a、L2c分别在入射位置N2a、N2c以入射角α2入射。入射位置M2位于以入射位置N2a、N2c为两端的线段的中点。
物镜6被固定在使激光束L2b在入射位置M2聚焦的位置。通过电流扫描仪7改变了行进方向的激光束的焦点轨迹所描绘的假想面为聚光面82。
与参照图13进行的说明相同，一边从激光束L2a的光路向激光束L2c的光路方向改变激光束的行进方向，一边重复脉冲激光束的照射，在基板表面形成槽。
随着激光束的入射位置离开入射位置M2，从激光束聚焦到入射到基板的距离变长。通过焦点后的激光束是发散光线束，因此，从焦点到入射位置的距离越长，基板表面的光点越大。
此外，随着激光束的入射位置离开入射位置M2，激光束对基板的入射角变大。照射具有相同光束直径的激光束的情况下，入射角越大，基板表面的光点越大。
如参照图13说明的那样，大光点内的脉冲能量密度在整个光束截面上降低，仅在光束截面的中心附近成为可加工的阈值以上。因此，利用大光点的照射形成的槽宽度变细。
如果对任何入射位置都用恒定的脉冲能量照射激光来形成槽，则在槽的中央附近形成的宽度较大，在槽的端部形成的宽度较细。
因此，根据入射位置，利用可变衰减器2调节功率，以便在任何入射位置，基板表面上的脉冲能量密度为恒定。功率的衰减量，在加工槽端部时最小，随着向槽中心接近而增大，当照射槽中心即入射位置M2时最大。这样，可抑制随场所不同而变动的宽度，形成槽。
而且，为了谋求照射到基板上的激光束的脉冲能量密度的均匀化，也可以采用利用音圈机构10移动物镜6来移动焦点位置和利用可变衰减器2移动物镜6来移动焦点位置的组合。
并且，激光束也可以是连续波。用连续波激光束加工的情况下，用可变衰减器调节连续波激光束的功率，以便抑制使被加工面上的功率密度随入射位置的变化。
再者，例如在表面上形成有ITO膜的玻璃基体材料的加工中，基板尺寸有大型化的趋势。如果基板成大型化、被加工区域变大，则如参照图13说明的那样，在根据激光束的入射位置移动物镜6进行的加工中，有时物镜6的移动量会变大。从控制容易的角度考虑，最好是物镜6的移动量较小。
下面，参照图15说明在将物镜6的移动抑制在较短距离的情况下、可加大激光束焦点位置的移动距离的第3实施例的激光加工方法。
在图15A所示的激光加工装置中，在图12A所示的激光加工装置的物镜6和电流扫描仪7之间追加了次级聚光透镜71。在图15A的说明中，将物镜6称为初级聚光透镜6。
从开口部5a射出的激光束入射初级聚光透镜6。初级聚光透镜6将激光束聚光在假想的初级聚光面83上。通过了初级聚光面83的激光束成为发散光线束，入射次级聚光透镜71。由次级聚光透镜71会聚的激光束被电流扫描仪改变行进方向，入射基板12。
接着，说明初级聚光透镜6的移动量。使初级聚光面83接近次级聚光透镜71时，由次级聚光透镜71会聚的激光束的焦点位置朝激光束行进的方向移动。设初级聚光面83的移动距离为d1、激光束的焦点移动距离为d2。此外，对于入射次级聚光透镜71的激光束的次级聚光透镜71的数值孔径设为NA1，对于通过了次级聚光透镜71的会聚光束的次级聚光透镜71的数值孔径设为NA2。如果设备率为P＝NA1/NA2，则下式成立d2＝d1×P2从上式可知，如果加大倍率，则即使缩短初级聚光面83的移动距离d1，也可以增加焦点的移动距离d2。例如，倍率P为2的情况下，通过使初级聚光面83接近次级聚光面2mm，能够使激光束的焦点向激光束的行进方向移动8mm。
初级聚光面83的移动是通过将初级聚光透镜6向光轴方向移动进行。入射初级聚光透镜6的激光束是平行光线束时，初级聚光透镜6的移动距离和初级聚光面83的移动距离相等。如果移动初级聚光透镜6的距离为约2mm以下，则可以利用使用了压电驱动机构的直接驱动机构。通过利用使用了压电驱动机构的直接驱动机构来代替音圈机构10，可高速且高精度地移动初级聚光透镜6。
图16表示次级聚光透镜71的一结构例。次级聚光透镜71由多个透镜构成。物点So和像点Si具有共轭关系。该物点So相当于图15A所示的初级聚光面83上的光点位置。将该成像光学系统考虑为无限远共轭光学系统。将次级聚光透镜71分割为前侧透镜组71a和后侧透镜组71b。从物点So射出的光线束通过前侧透镜组71a成为平行光线束。该平行光线束通过后侧透镜组71b在像点Si聚焦。并且，次级聚光透镜71有时不能进行物理分割，但这里可认为是假想的分割。
设前侧透镜组71a的前焦距为Ff、后侧透镜组71b的后焦距为Fr。此时，由上述式子定义的倍率可表示为P＝Fr/Ff在图15A所示的激光加工装置中，初级聚光透镜6由凸透镜构成，但如图15B所示也可以由凹透镜6a构成。此时，初级聚光面83a成为虚像，在比凹透镜6a更靠近激光源一侧出现。
如此地，通过加大倍率P，在依旧将初级聚光透镜6的移动距离抑制在较短的情况下，可较大地改变照射基板的激光束的焦点位置。为了达到有益效果，较好是使倍率P为2以上，更好是4以上。
图13所示的光点91a、91c是斜向入射基板的激光束的光点，因此是椭圆形。另一方面，光点91b是垂直入射基板的激光束的光点，因此是圆形。如此，根据激光束的入射位置，入射角不同，引起基板上的光点形状不同。
如果光点为椭圆形，则加工出的孔的开口为椭圆形，如果是圆形，加工出的孔的开口为圆形。但是，也有对任何入射位置、孔的开口具有相同形状的情况。
接着，参照图17说明可根据入射位置修正光点形状的第4实施例的激光加工装置。
图17所示的激光加工装置是，在图12A所示的激光加工装置中追加了使开口部5a绕与激光束的光轴垂直的轴旋转的开口部倾斜机构60a、和使开口部5a绕与激光束的光轴平行的轴旋转的开口部旋转机构61a。
而且，开口部旋转机构61a是与后面参照图22说明的激光加工装置所具有的遮光框旋转机构使遮光框旋转的结构相同的机构，使开口部5a绕与激光束的光轴平行的轴旋转。
开口部倾斜机构60a、开口部旋转机构61a分别根据从控制器11发送来的控制信号，与电流扫描仪7的动作同步地改变开口部5a的、绕与激光束的光轴垂直的轴旋转的倾斜角和绕与激光束的光轴平行的轴旋转的旋转角。
比较激光束倾斜入射基板表面时的垂直于光轴的光束截面形状和基板表面上的光束截面形状。基板表面上的光束截面形状是在基板表面和入射面的交线方向上拉伸垂直于光轴的光束截面形状而成的形状。例如，如果圆形截面的激光束倾斜入射基板表面，则基板表面上的光束截面成为在基板表面与入射面的交线方向较长的椭圆形。并且，入射角越大，基板表面的光点在交线方向更长的形状。
因此，将垂直于光轴的截面整形为具有适当的长轴与短轴之比的椭圆的激光束，以其椭圆的长轴方向垂直于入射面的方式倾斜入射基板表面，可以使基板表面的光点成为圆形。
图18A概略示出沿开口部倾斜机构60a的旋转轴方向看通过开口部倾斜机构60a绕与激光束的光轴垂直的轴旋转的开口部5a时的图。从图左侧入射的激光束1b由开口部5a整形其截面后向图右侧射出。
如图18B所示，用沿激光束光轴的视线看由开口部倾斜机构60a旋转的开口部5a的圆形贯通孔62a时，是椭圆形。即，激光束的截面被整形为椭圆形。
并且，当包含开口部5a的圆形贯通孔的不同的2根直径的面与激光束的光轴正交时，激光束的截面被整形为圆形。使开口部5a倾斜，随着圆形贯通孔的旋转中心轴和激光束的光轴所成的角变大，整形后的光束截面的椭圆形短轴变短。这样，开口部倾斜机构60a可改变整形后的光束截面的长宽比。
如图18C所示，还利用开口部旋转机构61a使开口部5a绕与激光束的光轴平行的轴旋转。
激光束的光点成为最小的位置(称为激光束的焦点)的光束截面形状是椭圆形。焦点处的光束截面的长轴方向与开口部5a的贯通孔位置的光束截面的短轴方向对应。
因此，用开口部旋转机构61a使开口部5a旋转，以使贯通孔位置的光束截面的椭圆的长轴方向与该交线方向相一致。这样，基板上的光点形状可以对任何入射位置都保持圆形。
说明了利用不需要使开口部的贯通孔在基板表面成像的聚光法的加工，但是，在利用使贯通孔的像成像在基板表面上的遮光框投影法进行加工的情况下，也可以修正基板上的光点形状。在遮光框投影法的情况下，在基板表面上形成的贯通孔像的长轴方向，与遮光框的贯通孔位置的光束截面的长轴方向对应。
使具有圆形贯通孔的遮光框绕与激光束的光轴相垂直的轴倾斜的结构是相同的。但是，进一步使遮光框绕与激光束的光轴平行的轴旋转时，使贯通孔旋转成射出时的光束截面的椭圆形的短轴方向、与入射面和基板表面的交线方向相一致。
说明了贯通孔的形状为圆的情况，但是，也可以修正由其它形状的贯通孔整形的激光束的光点形状。
接着，参照图19说明进行使用了接近遮光框的激光加工法的第5实施例涉及的激光加工装置。图19所示的激光加工装置是，在图12A所示的激光加工装置中追加了接近遮光框63。
接近遮光框63被接近遮光框保持机构64保持、且与基板12的表面平行地配置在基板12的正上方。在接近遮光框63上形成有与要在基板表面上加工的形状相同形状的贯通孔。接近遮光框63和基板12的表面之间的距离(接近间隔)dg可以由接近遮光框保持机构64调节。
扩束器3扩大从激光源1射出的激光束的光束直径，射出平行的激光束。从扩束器3射出的激光束具有扩散角β。当通过扩束器3使激光束的光束直径例如扩大为10倍时，扩散角减小至十分之一。通过扩束器3可调整激光束的扩散角。
一边用电流扫描仪7在接近遮光框63上扫描，一边进行激光束的照射。激光束通过接近遮光框63的贯通孔后，入射到基板12，加工基板12。在贯通空以的部分，激光束不通过，基板12不被加工。如此，通过转引具有接近遮光框63的贯通空形状，可加工基板表面。
此时，即使激光束的入射位置改变，可以一边根据激光束对基板的入射位置移动物镜6的位置，抑制基板表面上的脉冲能量密度的变动，一边进行激光照射。并且，激光源1也可以是射出连续波激光束的器件。此时，能够抑制基板表面上的功率密度的变动。
为了进行高精度加工，有必要将接近遮光框63所具有的贯通孔形状正确地转印到基板上。转印的精度取决于接近间隔dg和照射到接近遮光框63的激光束的扩散角。照射到接近遮光框63的激光束的扩散角，可以认为与通过扩束器3时的激光束的扩散角β相等。
图20示出对具有T字状贯通孔的接近遮光框模拟了转印精度如何取决于接近间隔和激光束扩散角而变化的结果。并列示出将接近间隔和激光束的扩散角进行多种改变时的T字状贯通孔的像97。各图中，配置在右侧的激光束扩散角小，配置在下侧的接近间隔小。
像97的边缘越明确，转印的精度越高。从图中可知，相同扩散角的情况下，接近间隔越大则转印精度越差。此外，相同的接近间隔的情况下，扩散角越大，则转印的精度越差。接近间隔和扩散角都越小，则能够使转印精度越高。
图21概略示出要确保某一转印精度时接近间隔和激光束的扩散角必须满足的关系曲线。要确保某一转印精度时，如果接近间隔大，则扩散角必须变小，此外，如果扩散角变大，则接近间隔必须变小。
如果事先对各种转印精度求出图21所示的接近间隔和激光束的扩散角必须满足的关系，要以期望的转印精度进行加工时，可简便地选定接近间隔和扩散角。
在利用接近遮光框的激光加工方法中，具有将接近间隔和扩散角设定成较小、能够以高的转印精度进行加工的优点。此外，通过在基板的被加工位置的正上方配置接近遮光框的贯通孔进行加工，能够获得高的定位精度。在被加工位置以外部分，由接近遮光框覆盖着基板表面，因此，具有在加工时基板被削而产生的飞散物难以附着在基板表面上的优点。
而且，将通过了接近遮光框的贯通孔的激光束照射到基板上进行加工时，通过用电流扫描仪改变激光束的行进方向来进行激光束对基板的入射位置的移动，同移动放置了基板的XY工作台来进行入射位置的移动的情况相比，可实现加工的高速化。
接着，参照图22A说明具有激振连续波激光束的激光源的第6实施例涉及的激光加工装置。作为激振连续波激光束的激光源1，例如可使用激振具有红外线段波长的激光束的半导体激光器。
从激光源1射出的激光束1b0入射到分配光学系统65。分配光学系统65在某一时间带将激光束1b0分配给沿某光轴行进的激光束1b1，在其他时间带将激光束1b0分配给沿其它光轴行进的激光束1b2。
分配光学系统65例如包括半波片65a、显示波克尔斯效应(光电效应)的电光元件65b、偏振片65c而构成。半波片65a使从激光源1射出的激光束1b0成为直线偏振光，以便对偏振片65c成为P波。该P波入射到电光元件65b。
电光元件65b根据从控制器11发送的契机信号sig使激光束的偏光轴旋转。电光元件65b处于未施加电压的状态时，电光元件65b使P波的偏振面旋转90°。由此，从电光元件65b射出的激光束对于偏振片65c成为S波。
偏振片65c使P波直接通过，但反射S波。由偏振片65c反射的S波即激光束1b1，入射到成为激光束的终端的光束挡板66。透过偏振片65c的P波即激光束1b2入射到扩束器3。
通过扩束器3扩大光束直径后成为平行光的激光束1b2入射到具有矩形贯通孔的遮光框5。在此，说明利用遮光框投影法进行加工的例子。即，遮光框5的贯通孔的像成像在基板12的表面，进行加工。
遮光框旋转机构61用于使遮光框5绕与激光束的光轴平行的轴旋转。遮光框旋转机构61例如包含测角器构成，根据从控制器11送出的控制信号，在期望的时刻使遮光框仅旋转期望的角度。对于遮光框旋转机构61，在后面详述。音圈机构9使遮光框5的位置与激光束的行进方向平行地移动。
从遮光框5射出的激光束1b2由物镜6聚光。音圈机构10使物镜6的位置与激光束的行进方向平行地移动。从物镜6射出的激光束通过电流扫描仪7后，入射基板12的表面。
参照图22B说明作为加工对象物的基板12。在衬底层110的表面上存在着转印层111。该转印层111具有加热后与衬底层110的表面粘接的性质。
例如，通过用激光照射转印层111的一部分111a进行加热，使其与衬底层1110粘接。除去转印层111中未加热的部分111b后，在衬底层110的表面上只剩下被加热的部分111a。这与例如进行热转印式打印时墨带的被加热部分的墨转印到纸上的情况相似。
返回图22A继续说明。XY工作台8a被用作基板12的保持台。XY工作台8a能够使基板12在与基板12的表面相平行的二维面内移动。通过控制器11控制XY工作台8a，使基板12在期望的时刻移动到期望位置。
这里说明的激光加工方法的例子中，电流扫描仪7的X用扫描仪7a和Y用扫描仪7b被固定在使从电流扫描仪7射出的激光束垂直入射基板12的位置。通过用XY扫描仪8a移动基板12，可移动激光束对基板12的入射位置。
利用音圈机构9、10设定从遮光框5到物镜6的光路长度和从物镜6到基板12的激光束入射位置的光路长度，以便使遮光框5的贯通孔的像以期望的成像倍率(缩小率)成像在基板12的表面上。
参照图23说明分配光学系统的控制方法。图23示出契机信号sig、激光束1b0、1b1、1b2的时序图的一例。在时刻t0，开始激光束1b0的射出。
从时刻t0至时刻t1，从控制器未送出契机信号sig。在这期间，电光元件上不施加电压，从分配光学系统始终射出激光束1b2。不射出激光束1b1。这期间的激光束1b2是连续波。
从时刻t1至时刻t2，与控制器周期性地发出的契机信号sig同步，在分配光学系统的电光元件上施加电压。
在送出契机信号sig期间，电光元件处于电压施加状态，激光束1b0被分配给激光束1b1。另一方面，在不送出契机信号sig期间，电光元件处于电压未施加状态，激光束1b0被分配给激光束1b2。从时刻t1至时刻t2期间的激光束1b2成为周期性地重复激振和停止的激光束。
该间歇地射出的激光束1b2中，通过调节契机信号sig可将脉冲宽度w1和周期w2设定为任意长度。例如脉冲宽度w1设为10μs～数十μs、周期w2设为100μs。
这样，向分配光学系统不输入契机信号时，可获得连续射出的激光束1b2；向分配光学系统间歇地输入契机信号时，可获得间歇射出的脉冲激光束1b2。
并且，连续射出的激光束1b2可连续地照射基板，因此，例如适用于形成线状的加工(在衬底层上留下线状转印层的加工)。另一方面，间歇射出的激光束1b2间歇地照射基板，因此，例如适用于形成点状的加工(在衬底层上留下点状的转印层的加工)。
参照图24说明线形加工的方法。开始对基板12的激光照射，开始加工。加工开始时，首先，线103的一端的整个宽度上的区域，被矩形激光束93照射。其后，一边连续地照射激光，一边将XY工作台向一个方向移动，使光点朝着线103的另一端移动。XY工作台的移动方向与矩形光点93的某一边平行。用箭头示出基板上的光点的移动方向。
当光点到达线103的另一端时，停止对基板的激光照射，结束加工。这样，通过用激光照射加热基板表面的线状区域，在衬底层的表面形成线状地残留了转印层的线103。
形成的线103的外形是如下的矩形长度方向的边与光点93的某一边平行，宽度方向的边与同光点93的某一边相垂直的边平行。线103的宽度与同光点93的某一边垂直的边的长度相等。
参照图24B说明点加工方法。在点加工中，一边向基板12间歇地照射激光束，一边将XY工作台向一个方向移动。XY工作台的移动方向与矩形光点94a的某一边(称为边p)平行。
首先，开始第一个脉冲的激光照射时，点104a的一端的整个宽度上的区域被矩形的光点94a照射。由于XY工作台正在移动，因此，直到该第一个脉冲的激光照射结束，光点在基板上移动。用箭头示出光点的移动方向。
这样，基板表面的点状区域通过激光照射被加热，在衬底层的表面形成点状地残留了转印层的点104a。
以后同样地，通过第二、第三、第四、第五个脉冲的激光照射，分别形成点104b、104c、104d、104e。并且，在第二、第三、第四、第五个脉冲的照射开始时光点94b、94c、94d、94e分别照射的基板表面的区域，与将光点94a所照射的基板表面的区域，同XY工作台的移动方向相平行地移动的区域相一致。各点排列在与XY工作台的移动方向平行的直线上。
各点的外形是具有与光点94a的边p平行的边、以及与同光点94a的边p相垂直的边(称为边q)平行的边的矩形。
各点的、与XY工作台的移动方向垂直的边的长度，与边q的长度相等，例如边q的长度为20μm时，该长度为20μm。
各点的、与XY工作台的移动方向平行的边的长度，取决于光点的边p的长度、XY工作台的边p的长度、以及脉冲的照射时间(脉冲宽度)。
例如，设光点的边p的长度为12μm、XY工作台的移动速度为800mm/s、脉冲宽度为10μs。在脉冲宽度10μs期间，XY工作台移动的距离(即基板移动的距离)是8μm，因此，点的、与XY工作台的移动方向平行的边的长度，是光点的边p的长度12μm加上移动距离8μm的20μm。
邻接点之间的间距d，在脉冲的一个周期期间与XY工作台移动的距离一致。例如，脉冲的周期为375μs、XY工作台的移动速度为800mm/s时，间距d为300μm。
总结以上内容，当将光点的尺寸设定为边p长度为12μm、边q长度为20μm，以脉冲宽度10μs、周期375μs激振激光，并且使XY工作台以800mm/s的速度移动的情况下，可用300μm的间距形成20μm角的点。
有时要在基板上加工具有分别不同的方向的多个线。但是，如果在固定基板上的光点的方向的情况下形成不同方向的线，会产生根据线的方向线宽变化的问题。
参照图29说明这种状况的一例。利用参照图24A说明的方法，首先形成线109a。接着，不改变光点的方向，形成具有与线109a不同的方向的线109b。激光照射开始时，光点99照射到线109b的一端。一边在线109b的长度方向移动XY工作台，一边将光点移动到线109b的另一端，形成线109b。
如图所示，线109a的宽度与光点99的长边的长度相等，但是，线109b的宽度不一定与该长边的长度相等。此外，线109b的端部的边，不能与线的长度方向垂直。通过使用图22A所示的遮光框旋转机构61，可避免这样的问题。
图25是示出保持了具有矩形贯通孔62的遮光框5的遮光框旋转机构61的概略图。包含矩形贯通孔62的2根对角线的面相对于激光束的光轴是垂直的。遮光框旋转机构61使遮光框5以贯通孔62的矩形的对角线交点为旋转中心、绕与激光束的光轴平行的轴旋转。
与遮光框5的旋转对应，在基板12的表面内贯通孔62的像旋转。基板上的贯通孔62的矩形像的边，可以与基板表面内的任意方向平行。
如以下说明，为了改变加工的线等的方向，在改变基板上的激光束入射位置的移动方向之前，可利用遮光框旋转机构61来旋转遮光框5。
参照图26说明使用了遮光框旋转机构的线加工方法。利用参照图24A说明的方法，形成线103a。光点93a的长边的长度与线103a的长度相等，光点93a的短边方向与线103a的长度方向平行。
在开始加工具有与线103a不同方向的线103b之前，通过遮光框旋转机构旋转遮光框，使光点93b的短边与线103b的长度方向平行。然后，通过XY工作台移动基板，以便在线103b的一端的整个宽度上照射光点。
开始激光束的照射，利用与参照图24A说明的工序相同的工序，一边在线103b的长度方向移动XY工作台，一边形成线103b。线103b的宽度与光点93b的长边的长度相等。此外，线103b的宽度方向的边和长度方向的边相垂直。
这样，可以按相同宽度形成具有分别不同的方向的多个线。并且，为了不改变大小、形状地形成具有不同方向的多个点，也可以使用遮光框旋转机构。
说明了利用周期性的契机信号控制分配光学系统、将激光束脉冲化的例子，但契机信号也可以不是周期性的。例如，要用不相等的间距形成多个点时，可以使用非周期性的契机信号。此外，激光束的脉冲宽度也可以不恒定。根据形成的点的尺寸适当设定即可。
通过改变基板上的光点的形状和大小，可调节线的宽度和点的大小等。通过遮光框的交换，可改变光点的形状和大小。此外，通过改变成像倍率(缩小率)，可改变光点的大小。
说明了在基板表面上线状或点状地留下转印层的加工的例子，但是，也可以是利用激光照射基板表面被掘成线状或点状的加工。
遮光框的贯通空的形状不限于矩形，根据要形成的点或线的形状适当选择即可。
说明了利用XY工作台移动基板上的激光束的入射位置的例子，但是，还可以通过用电流扫描仪改变激光束的行进方向，来移动入射位置。
接着，参照图27A说明具有2台激光源、其中1台激光源射出脉冲激光束而另1台激光源射出连续波激光束的第7实施例涉及的激光加工装置。
激光源1a例如是包含波长变换组件的Nd:YAG激光振荡器，射出Nd:YAG激光器的第四高频波(波长为266nm)的脉冲激光束。脉冲宽度例如是10ns。激光源1a射出的脉冲激光束入射到半波片69a，成为对偏振片67为P波的直线偏光。
激光源1b例如是半导体激光振荡器，射出波长为808nm的连续波激光束。激光源1b射出的连续波激光束入射到半波片69b，成为对偏振片67为S波的直线偏光。
从半波片69a射出的脉冲激光束，通过扩大光束直径后成为平行光的扩束器3a和具有例如矩形的贯通孔的遮光框5后，以入射角45°入射偏振片67的表面侧的面。
从半波片69b射出的连续波激光束，通过扩大光束直径后成为平行光的扩束器3b后，被返回反射镜68反射，以入射角45°入射偏振片67的里侧的面。
偏振片67使作为P波的脉冲激光束透过、并反射作为S波的连续波激光束。通过偏振片67，从激光源1a射出的脉冲激光束和从激光源1b射出的连续波激光束在相同的光轴上重叠。
透过偏振片67的脉冲激光束和被偏振片67反射的连续波激光束，由物镜6聚光后通过电流扫描仪7，入射到基板12。
作为基板12的保持台使用的XY工作台8a可使基板12在与基板12的表面平行的二维面内移动。由控制器11控制XY工作台8a，在期望的时刻将基板12移动到期望位置。
在此说明的激光加工方法的例子中，电流扫描仪7的X用扫描仪7a和Y用扫描仪7b被固定在使从电流扫描仪7射出的激光束垂直入射基板12的位置。通过用XY工作台8a移动基板12，可移动激光束对基板12的入射位置。
音圈机构9、10分别将遮光框5和物镜6的位置、与从激光源1a射出的脉冲激光束的行进方向平行地移动。通过调节遮光框5和物镜6的位置，使遮光框5的贯通孔的像以期望的成像倍率(缩小率)成像在基板12的表面上。
参照图27B说明作为加工对象的基板12。在衬底层120的表面上形成有表层121。衬底层120例如是液晶显示装置的滤色器，是厚度为1μm的、由聚酰亚胺类树脂或丙烯类树脂等构成的树脂层。表层121例如是厚度为0.5μm的ITO膜。
通过激光照射仅去除表层121的情况下，衬底层120比表层121更容易被加工，因此，难以仅加工表层121。例如，向基板照射了激光时，在表层121未直接被加工的时候，因传导到衬底层120的热的影响，衬底层120会爆发式飞散，同时表层121会被吹飞。
本发明者发现了如下情况对基板施加预热后照射激光，由此可容易地只加工表层121。在图27A所示的激光加工装置中，利用从激光源1b射出的连续波激光束预热基板12，然后利用从激光源1a射出的脉冲激光束进行空等的加工。
接着，参照图28A～28C说明用连续波激光对基板上的被加工点施加预热后、照射脉冲激光形成孔的方法的一例。
如图28A所示，在照射连续波激光束(用圆形的光点95表示)的基板12的表面，划定有被加工点105a、105b、105c。光点95的中心位于连结被加工点105a～105c的直线上。与该直线平行地移动XY工作台，将被加工点105a～105C向光点95一侧移动。
如图28B所示，当被加工点105a到达光点95的边缘时，向被加工点105a照射连续波激光，开始预热的供给。
如图28C所示，当被加工点105a到达光点95的中心时，在光点95的中心进行1次的脉冲激光的照射。用光点96表示脉冲激光的光点。
被加工点105a在从光点95的边缘移动到中心的期间被预热。通过对经预热的被加工点105a照射脉冲激光束，抑制了衬底层被加工的情况，在基板的表层形成了孔。
继续移动基板12，与被加工点105a同样地在被加工点105b、105c上也形成孔。
用于预热的连续波激光束的照射条件是，例如光点为直径20mm的圆形状，基板表面的功率密度为0.1W/cm2。用于加工的脉冲激光束的照射条件是，例如光点为具有20μm角的正方形，基板表面的脉冲能量密度为0.1～0.4J/cm2。
并且，预热被加工点的时间，与被加工点移动与连续波激光的光点半径长度相当的距离时的时间大致相等。例如设光点的半径为10mm、XY工作台的移动速度为800mm/s，则该时间为0.13秒。通过向连续波激光束的光点中心照射脉冲激光，即使按各种方式改变XY工作台的移动方向，可容易地调整预热时间进行加工。
通过连续波激光的照射赋予基板表面的预热一直传递到衬底层，因此，赋予的预热过多则会加工衬底层。因此，供给预热时，需要使衬底层的温度保持在不能加工衬底层的温度以下。例如，需要使衬底层的温度保持在衬底层素材的熔点以下。
ITO膜对可见光是透明的，但对例如波长808nm的近红外线的吸收系数不是零。因此，可将该波长的光用于ITO膜的预热。如果使用ITO的吸收系数更大的波长(例如1064nm附近的波长)的光，则可期待预热效率的提高。
说明了将脉冲激光束和连续波激光束重叠在相同的光轴上照射基板的例子，但是，也可以使两光束不在相同的光轴上。如果在连续波激光束的光点内部包含脉冲波激光束的光点、并用两激光束照射基板，则被加工点到达连续波激光束的光点的边缘后、至到达脉冲激光的光点位置的期间，可以对被加工点供给预热。
但是，为了供给预热，需要使被加工点通过连续波激光束的光点内部后、到达脉冲激光束的照射位置。因此，需要使脉冲激光束的照射位置与被加工点同连续波激光束的光点的外周接触时的被加工点位置不一致。
说明了形成孔的例子，但也可以连续地形成多个孔，由此形成槽。
说明了利用XY工作台移动基板上的激光束入射位置的例子，但是，也可以用电流扫描仪改变激光束的行进方向，来移动入射位置。
以上，按照实施例说明了本发明，但本发明并不限定于此。例如，本领域技术人员当然明白，本发明可以进行各种变更、改进、组合等。
权利要求
1.一种激光加工方法，其特征在于，包括以下工序工序(a)，用具有贯通孔的遮光框整形激光束的截面，并利用透镜使通过该贯通孔的激光束聚光后入射到该加工对象物的表面上，以使该遮光框的贯通孔成像在加工对象物的表面上；工序(b)，扫描通过上述透镜的激光束，使激光束的入射位置在上述加工对象物的表面上移动，并且，在激光束的扫描中也将上述贯通孔成像在上述加工对象物的表面上，加工该加工对象物。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，在上述工序(a)中，在将上述遮光框和上述透镜之间的光路长度、以及从上述透镜到上述加工对象物表面的光路长度维持为恒定的状态下，扫描上述激光束。
3.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，上述工序(b)包含使上述透镜在与通过该透镜的激光束行进方向平行的方向上移位、使上述遮光框在与通过该遮光框的激光束行进方向平行的方向上移位的工序。
4.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，在上述工序(a)中，通过上述贯通孔的激光束入射到上述加工对象物表面上，以便使上述加工对象物表面上的光点成为具有平行的一对边的形状；在上述工序(b)中，以使上述光点在与上述一对边平行的方向上移动的方式扫描上述激光束。
5.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，入射到上述加工对象表面上的激光束在上述加工对象表面上的强度分布是，光点周边部的强度比中央部的强度大的分布。
6.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，入射到上述加工对象物表面上的激光束是脉冲激光束，上述工序(b)包含对上述加工对象物表面上的入射角变大时、改变脉冲能量使上述激光束的脉冲能量变大的工序。
7.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，在上述工序(b)中，当在上述加工对象物表面上扫描的激光束对上述加工对象物表面的入射角变动时，使上述遮光框和上述透镜移位，以便使上述加工对象物表面上的激光束的光点面积的变动较小。
8.一种激光加工方法，其特征在于，包括如下工序工序(c)，将由透镜聚光的激光束入射到加工对象物表面上；工序(d)，扫描该激光束使激光束的入射位置在上述加工对象物表面上移动，由此加工该加工对象物，而且，在扫描该激光束时使从上述透镜到上述加工对象物表面的该激光束的光路长度不变化。
9.如权利要求8所述的激光加工方法，其特征在于，上述工序(d)包括将上述透镜在通过该透镜的激光束行进方向上移位、以使从上述透镜到上述加工对象物表面的该激光束的光路长度不变化的工序。
10.如权利要求8所述的激光加工方法，其特征在于，入射上述透镜的激光束是经准直的光束，从上述透镜到上述加工对象物表面的激光束的光路长度，与上述透镜的焦距相等。
11.一种激光加工装置，其特征在于，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持台；遮光框，具有对从上述激光源射出的激光束的截面进行整形的贯通孔；聚光透镜，将由上述遮光框整形了截面的激光束聚光，以使该遮光框的贯通孔成像在被上述保持台保持的加工对象物的表面上；光束扫描器，接受来自外部的控制，使由上述聚光透镜聚光的激光束在上述加工对象物的表面上至少在一维方向上扫描；移动机构，接受来自外部的控制，移动上述遮光框和上述聚光透镜；以及控制装置，使通过上述光束扫描器进行的扫描和通过上述移动机构进行的上述遮光框及上述聚光透镜的移动同步。
12.如权利要求11所述的激光加工装置，其特征在于，上述移动机构使上述聚光透镜在通过上述聚光透镜的激光束行进方向上移动、使上述遮光框在通过了该遮光框的激光束的行进方向上移动，以便使上述遮光框和上述聚光透镜之间的光路长度保持恒定，同时使由上述光束扫描器扫描的激光束的、从上述聚光透镜到上述加工面的光路长度不变化。
13.如权利要求11所述的激光加工装置，其特征在于，上述移动机构是在上述加工对象物表面上扫描的激光束对上述加工面的入射角变动时移动上述遮光框和上述聚光透镜、以使该加工对象物表面上的上述贯通孔的像面积的变动变小的移动机构。
14.如权利要求11所述的激光加工装置，其特征在于，还具有调整从上述激光源输出的激光束的脉冲能量的可变衰减器，当激光束以大入射角入射到上述加工对象物表面时，减小脉冲能量的衰减率。
15.如权利要求11所述的激光加工装置，其特征在于，还具有脉冲能量密度变换装置，当上述激光源射出脉冲激光束时，该脉冲能量密度变换装置使上述脉冲激光束的光束截面的周边部的脉冲能量密度比截面的中央部的脉冲能量密度大。
16.如权利要求11所述的激光加工装置，其特征在于，上述遮光框的贯通孔是具有相平行的一对边的形状。
17.如权利要求16所述的激光加工装置，其特征在于，上述光束扫描器具有X方向扫描器和Y方向扫描器，当在被上述保持台保持的加工对象物表面上划定相互垂直的X方向和Y方向时，上述X方向扫描器使由上述聚光透镜聚光的激光束在上述加工对象物表面上向X方向扫描，上述Y方向扫描器向Y方向扫描；上述聚光透镜使上述加工对象物表面上的上述贯通孔的像的相平行的一对边，与X方向平行地成像。
18.一种激光加工方法，其特征在于，包括以下工序工序(e)，激光束由透镜聚光后入射到加工对象物的表面上；工序(f)，当激光束对上述加工对象物的入射位置移动时，一边移动上述透镜、一边在上述加工对象物的表面内移动激光束的入射位置，来抑制上述加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的、由入射位置的移动引起的变动。
19.如权利要求18所述的激光加工方法，其特征在于，在上述工序(f)中，在抑制上述加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的增加时，移动上述透镜使激光束的焦点位置离开入射位置；在抑制上述加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的减小时，移动上述透镜使激光束的焦点位置接近入射位置。
20.一种激光加工方法，其特征在于，包括以下工序激光束由透镜聚光后入射到加工对象物表面上；激光束对上述加工对象物的入射位置移动时，一边移动上述透镜、一边在上述加工对象物表面内移动激光束的入射位置，以抑制入射位置的移动引起的上述加工对象物表面上的光点的面积变动。
21.一种激光加工装置，其特征在于，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；透镜，将从上述激光源射出的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；移动机构，接受来自外部的控制信号，移动上述透镜；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述移动机构来移动上述透镜的位置，以便抑制加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的变化。
22.如权利要求21所述的激光加工装置，其特征在于，在抑制加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的增加时，上述控制装置控制上述移动机构来移动上述透镜，使激光束的焦点位置离开入射位置；在抑制上述加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的减小时，上述控制装置控制上述移动机构来移动上述透镜，使激光束的焦点位置接近入射位置。
23.一种激光加工装置，其特征在于，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；透镜，将从上述激光源射出的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；移动机构，接受来自外部的控制信号，移动上述透镜；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述移动机构来移动上述透镜的位置，以便抑制加工对象物表面的光点面积的变动。
24.一种激光加工方法，其特征在于，包括以下工序工序(g)，激光束由透镜聚光后入射到加工对象物的表面上；工序(h)，当激光束对上述加工对象物的入射位置移动时，一边用可变衰减器调节激光束的功率、一边在上述加工对象物的表面内移动激光束的入射位置，以抑制上述加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的、因入射位置的移动引起的变动。
25.一种激光加工装置，其特征在于，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；透镜，将从上述激光源射出的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；可变衰减器，接受来自外部的控制信号，以可变的衰减率来衰减激光束的功率；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述可变衰减器来调节激光束的功率，以便抑制加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的变化。
26.一种激光加工装置，其特征在于，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；第一透镜，会聚或发散从上述激光源输出的激光束；第二透镜，入射通过了上述第一透镜的激光束，并将入射的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述第二透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；移动机构，接受来自外部的控制信号，移动上述第一透镜；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述移动机构来移动上述第一透镜的位置，以便抑制加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的变化；对于入射第二透镜的激光束的该第二透镜的数值孔径设为NA1、对于通过了上述第二透镜的激光束的该第二透镜的数值孔径设为NA2时，NA1/Na2大于等于2
27.一种激光加工装置，其特征在于，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；光束截面整形器，具有贯通孔，向该贯通孔入射从上述激光源射出的激光束，接受来自外部的控制信号，可改变通过了贯通孔的激光束截面的一个方向的长度；透镜，将从上述光束截面整形器射出的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述光束截面整形器，使上述光束截面整形器抑制加工对象物表面的激光束的形状变动。
28.如权利要求27所述的激光加工装置，其特征在于，上述光束截面整形器将激光束的截面整形为在一个方向上长的形状时，使上述贯通孔从与激光束行进方向垂直的面倾斜。
29.如权利要求28所述的激光加工装置，其特征在于，上述光束截面整形器使上述贯通孔绕与激光束的行进方向平行的轴旋转。
30.一种激光加工装置，其特征在于，包括射出激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；透镜，将从上述激光源射出的激光束聚光；光束扫描器，改变从上述透镜射出的激光束的行进方向，使激光束入射到被上述保持机构保持的加工对象物的表面上，在加工对象物的表面内移动激光束的入射位置；接近遮光框，被配置在从上述光束扫描器射出的激光束入射到加工对象物之前的光路中，具有贯通孔，使通过了该贯通孔的激光束入射到加工对象物。
31.如权利要求30所述的激光加工装置，其特征在于，还包括移动机构，接受来自外部的控制信号，移动上述透镜；以及控制装置，当上述光束扫描器在加工对象物的表面移动激光束的入射位置时，控制上述移动机构来移动上述透镜的位置，以抑制加工对象物表面的激光束的脉冲能量密度或功率密度的变化。
32.一种激光加工方法，其特征在于，包括以下工序调整从激光源射出的激光束扩散角的工序；一边改变被调整成具有规定扩散角的激光束的行进方向，一边将该激光束照射到配置在与加工对象物的表面平行地从该表面仅离开规定距离的位置、且具有贯通孔的接近遮光框上，使通过了该贯通孔的激光束入射该加工对象物的表面，将该贯通孔的形状转印到该加工对象物表面上的工序；根据同该贯通孔的形状转印到该加工对象物表面上的精度、激光束的扩散角、上述接近遮光框与上述加工对象物表面之间的距离有关地求出的关系，来设定上述规定扩散角和上述规定距离中的至少一个的工序。
33.一种激光加工装置，其特征在于，包括射出连续波激光束的激光源；保持加工对象物的保持机构；光学系统，入射从上述激光源射出的激光束，根据从外部提供的契机信号，可切换将入射的激光束向第一方向射出的状态和不向第一方向射出的状态；遮光框，具有矩形的贯通孔，从上述光学系统向上述第一方向射出的激光束射入该贯通孔，并整形激光束的截面；透镜，将从上述遮光框射出的激光束聚光，使上述遮光框的矩形贯通孔成像在被上述保持机构保持的加工对象物的表面上；移动机构，根据从外部提供的控制信号来移动上述保持机构，可在加工对象物的表面内移动从上述透镜射出的激光束入射到加工对象物的位置；旋转机构，根据从外部提供的控制信号，使上述遮光框绕与通过了该遮光框的贯通孔的激光束的光轴相平行的轴旋转；控制机构，向上述光学系统送出上述契机信号，并控制上述移动机构，使上述移动机构向第二方向移动激光束对加工对象物的入射位置，在上述移动机构向该第二方向移动加工对象物表面上的激光束的入射位置之前，控制上述遮光框旋转机构，上述遮光框旋转机构旋转上述遮光框，使上述矩形贯通孔的加工对象物表面的像的某一边与第二方向平行。
34.一种激光加工方法，其特征在于，包括以下工序工序(i)，向光学系统入射从激光源射出的连续波激光束，该光学系统可切换将入射的激光束向第一方向射出的状态和不向第一方向射出的状态；工序(j)，将从上述光学系统向上述第一方向射出的激光束入射到具有矩形贯通孔的遮光框中，进行截面整形，由透镜聚光后，将上述贯通孔的像成像在加工对象物的表面上；以及工序(k)，在上述加工对象物的表面上，使上述贯通孔的像在与该像的某一边平行的方向移动；在加工对象物表面形成点状的离散图形时，在上述工序(i)中，从上述光学系统向上述第一方向间歇地射出激光束；在加工对象物表面形成线状的图形时，在上述工序(i)中，从上述光学系统向上述第一方向连续地射出激光束。
35.如权利要求34所示的激光加工方法，其特征在于，在上述工序(k)之后还包括以下工序工序(1)，使上述遮光框绕与激光束的行进方向平行的轴旋转，以使上述贯通孔的像在上述加工对象物的表面上旋转；工序(m)，使上述工序(1)中在加工对象物表面上旋转的上述贯通孔的像，在与旋转的上述贯通孔的像的某一边相平行的方向上移动。
36.一种激光加工装置，其特征在于，包括保持加工对象物的保持机构；射出脉冲激光束的第一激光源；射出连续波激光束的第二激光源；光学系统，在被上述保持机构保持的加工对象物的表面，照射从上述第一激光源射出的脉冲激光束和从上述第二激光源射出的连续波激光束，以便在连续波激光束的光点内部包含脉冲激光束的光点；以及移动机构，在被上述保持机构保持的加工对象物表面上，移动脉冲激光束及连续波激光束的光点。
37.如权利要求36所示的激光加工装置，其特征在于，上述光学系统改变从上述第一激光源射出的脉冲激光束或从上述第二激光源射出的连续波激光束的至少一个的光轴，在被上述保持机构保持的加工对象物的表面照射激光，以使脉冲激光束和连续波激光束沿着相同的光轴行进。
38.一种激光加工方法，其特征在于，包括以下工序工序(n)，从第一激光源射出脉冲激光束，从第二激光源射出连续波激光束；工序(o)，向在具有衬底层和表层的加工对象物的表面上划定的被加工点，照射从上述第二激光源射出的连续波激光束赋予预热后，向该被加工点照射从上述第一激光源射出的脉冲激光束，在上述加工对象物的表层形成孔，其中，上述表层形成在衬底层的表面上，由比衬底层的材质更难以通过激光照射而加工。
39.如权利要求38所示的激光加工方法，其特征在于，在上述工序(o)中，从上述第二激光源射出的连续波激光束向上述加工对象物提供预热，并且，上述衬底层的温度要保持在上述衬底层的熔点以下。
40.如权利要求38所示的激光加工装置，其特征在于，在上述工序(o)中，在连续波激光束的光点的内部含有脉冲激光束的光点，在上述加工对象物的表面内，从连续波激光束的光点的外部，朝着脉冲激光束的照射位置移动上述某被加工点，使上述某被加工点通过连续波激光束的光点内部后，到达脉冲激光束的照射位置。
41.如权利要求40所示的激光加工装置，其特征在于，在上述工序(o)中，上述加工对象物表面的连续波激光束的光点为圆形，脉冲激光束的光点位于该圆形的中心。
全文摘要
提供一种激光加工方法及加工装置。用具有贯通孔的遮光框(5)整形激光束的截面，用物镜(6)将通过了该贯通孔的激光束进行聚光后，入射到该加工对象物的表面上。操作通过了上述透镜的激光束，以使激光束的入射位置在上述加工对象物的表面上移动，并且，在激光束的扫描中也使上述贯通孔在上述加工对象物的表面上成像，由此加工该加工对象物。这样，可有效地进行优质的激光加工。
文档编号B23K26/06GK1678426SQ03820478
公开日2005年10月5日 申请日期2003年8月29日 优先权日2002年8月30日
发明者浜田史郎, 山本次郎, 山口友之 申请人:住友重机械工业株式会社